Arsen można znaleźć w wodzie morskiej (2-4 ppb) oraz w rzekach (0,5-2 ppb). Połowa arsenu jest związana z cząstkami. Algi słodkowodne i morskie zawierają około 1-250 ppm arsenu, mikrofity Słodkowodne zawierają 2-1450 ppm, mięczaki morskie zawierają 1-70 ppm, skorupiaki morskie 0,5-69 ppm, a ryby 0,2-320 ppm (wszystkie wartości oparte są na suchej masie). W niektórych organizmach morskich, takich jak glony i krewetki, arsen można znaleźć w związkach organicznych.
dopuszczalna wartość arsenu w wodzie stosowana przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) wynosi 10 µg/L.
w jaki sposób i w jakiej formie arsen reaguje z wodą?
podstawowy arsen normalnie nie reaguje z wodą przy braku powietrza. Nie reaguje z suchym powietrzem, ale w kontakcie z wilgotnym powietrzem tworzy się warstwa. Warstwa ma brązową barwę, a później rozwija czarną powierzchnię.
przykładem związków arsenu silnie reagujących z wodą jest orpiment. To amorficzny związek arsenu. Mechanizm reakcji:
As2S3 + 6 H2O- > 2 h3aso3 + 3 H2S
w naturalnej wodzie arsen uczestniczy w reakcjach utleniania i redukcji, koagulacji i adsorpcji. Adsorpcja arsenu do drobnych cząstek w wodzie i wytrącanie wodorotlenkami glinu lub żelaza powoduje, że arsen wchodzi do osadów. Po pewnym czasie arsen może ponownie rozpuścić się w wyniku reakcji redukcji.
Rozpuszczalność arsenu i związków arsenu
podstawowy arsen jest dość nierozpuszczalny, natomiast związki arsenu mogą łatwo się rozpuszczać. Arsen występuje głównie w roztworach wodnych jako HAsO42-(AQ) i H2AsO4- (AQ), a najprawdopodobniej częściowo jako H3aso4 (AQ), AsO43-(AQ) lub H2AsO3-(AQ).
przykłady rozpuszczalności związków arsenu: wodorek arsenu(III)700 mg/l, tlenek arsenu(III) 20 g/L, kwas arsenowy (H3AsO4.1/2 H2O)170 g/l i siarczek arsenu(III) 0,5 mg/L.
dlaczego arsen jest obecny w wodzie?
związki arsenu są obfite w skorupie ziemskiej. Cząstki są uwalniane podczas wydobycia i rozprzestrzeniają się w całym środowisku. Arsen z zwietrzałych skał i gleb rozpuszcza się w wodach gruntowych. Stężenie arsenu w wodach gruntowych jest szczególnie wysokie na obszarach o aktywności geotermalnej. W ekosystemach wodnych najbardziej rozpowszechniony jest arsen nieorganiczny pochodzący ze skał takich jak trójtlenek arsenu (As2O3), orpiment (As2S3), arsenopiryt (AsFeS) i realgar (As4S4).
arsen jest stosowany w różnych kształtach i formach i jako taki może wchodzić do zbiorników wodnych . Duże ilości arsenu uwalniane z aktywności wulkanicznej i mikroorganizmów są stosunkowo niewielkie w porównaniu do ilości uwalnianych np. ze spalania paliw kopalnych. Arsen metaliczny jest przetwarzany w stopach ołowiu lub miedzi, w celu zwiększenia twardości. Niezwykle toksyczny gaz arszenikowy ASH3 odgrywa ważną rolę w produkcji mikrochipów. Arsenian miedzi(Cu3 (AsO4)2.4H2O) jest stosowany jako pestycyd w uprawie winorośli, ale jego stosowanie jest obecnie zabronione w wielu krajach. Paxite (CuAs2) jest środkiem owadobójczym i grzybobójczym.
inne związki arsenu są stosowane jako środek konserwujący drewno, w przetwórstwie szkła, w przemyśle chemicznym lub w technice półprzewodnikowej wraz z Galem i indem.
malarze holenderscy stosowali arszenik jako żółty pigment. W czasie I wojny światowej arszenik był stosowany w broni chemicznej. W czasie wojny wietnamskiej do niszczenia kultur ryżu stosowano kwas dimetylowy arsenowy.
chociaż arszenik jest stosowany coraz rzadziej, nadal występuje w środowisku w znacznych ilościach. Na przykład w pobliżu opuszczonych kopalń ilość arsenu w glebie może nadal wynosić do 30 g / kg.
Arsen był i jest stosowany do celów medycznych. W wodzie z bezpiecznych źródeł prawdopodobnie pomaga w leczeniu astmy, chorób hematologicznych, dermatozy i psychozy. W XIX wieku wodniste roztwory arsenku potasu (roztwór Fowlera) stosowano w leczeniu przewlekłej astmy oskrzelowej i innych chorób. Na początku XX wieku do leczenia kiły stosowano inne związki arsenu. Arsen może pomóc w leczeniu śpiączki i białaczki.
związki arsenu mogą przedostawać się do organizmu w mniejszym stopniu poprzez spożycie pokarmu. Obejmuje to 90% całkowitego spożycia arsenu, głównie z produktów rybnych. Poprzez mielenie ryb w paszach dla bydła arsen może przedostawać się do mięsa, a przez zanieczyszczone gleby może przedostawać się do produktów roślinnych. W grzybach w pobliżu uformowanych topiących się roślin arsenu stwierdzono stężenia do 50 mg / kg suchej masy.
Jakie są środowiskowe skutki arszeniku w wodzie?
arsen jest niezbędnym związkiem dla wielu gatunków zwierząt, ponieważ odgrywa rolę w syntezie białek. Nie jest jasne, czy arsen jest minerałem dietetycznym dla ludzi. Toksyczność arsenu jest kolejną ważną cechą. Stężenie graniczne arsenu wynosi 2-46 ppm dla glonów Słodkowodnych. Wartość LC50 dla Daphnia Magna wynosi 7,4 ppm, a dla amerykańskiej ostrygi 7,5 ppm. Wartości te obejmują okres 48 godzin. Wartość toksyczności przewlekłej przez okres trzech tygodni wynosi 0,5 ppm dla dużego kladoceranu. Dla szczurów ustalono wartość LC50 wynoszącą 20 mg/kg masy ciała. Jest to wartość dla rakotwórczego związku tlenku arsenu (III). Związki te blokują również procesy enzymatyczne, zwiększając ich toksyczność. U myszy, chomików i szczurów związki te były toksyczne dla zarodków i teratogenne. Paprocie bioakumulują duże ilości arsenu.
naturalnie istnieje tylko jeden stabilny izotop arsenu. Obecnie odkryto 19 innych niestabilnych izotopów.
jakie są skutki zdrowotne arsenu w wodzie?
choroba związana z arsenem jest zwykle spowodowana spożyciem zanieczyszczonej wody pitnej. W dawnych czasach był stosowany jako trucizna, ponieważ objawy zatrucia arszenikiem przypominały objawy cholery, a zatem czynnik celowy był zacieniony.
arszenik wydaje się być niezbędny dla niektórych gatunków roślin i zwierząt. Obliczono możliwą bezpieczną dawkę dla ludzi. Jeśli arsen jest minerałem dietetycznym, dawka ta wynosiłaby 15-25 µg. Ta ilość może zostać wchłonięta z pożywienia bez żadnych problemów. Całkowita ilość arsenu w organizmie człowieka wynosi około 0,5-15 mg. Wiele związków arsenu jest wchłanianych w 60-90%, ale są one również łatwo wydalane. U ludzi może rozwinąć się oporność na określone stężenia arsenu. Wkrótce po wchłonięciu arszenik można znaleźć w wątrobie, śledzionie, płucach i przewodzie pokarmowym. Większość arsenu jest wydalana, a pozostałości można znaleźć w skórze, włosach, paznokciach, nogach i zębach.
w warunkach długotrwałego narażenia wiele narządów może być uszkodzonych, może wystąpić pigmentacja skóry, wypadanie włosów i zahamowanie wzrostu paznokci.
toksyczność różni się między różnymi związkami arsenu, na przykład kwas monometylowy arsenu i nieorganiczny arsenek mają wyższy poziom toksyczności niż cholina arsenu. Toksyczność ostra jest na ogół wyższa dla nieorganicznych związków arsenu niż dla organicznych związków arsenu. Doustne przyjmowanie więcej niż 100 mg jest śmiertelne. Śmiertelna dawka trójtlenku arsenu wynosi 10-180 mg, a dla arsenku 70-210 mg. Mechanizm działania toksycznego polega na wiązaniu i blokowaniu enzymów siarkowych. Objawami ostrego zatrucia arsenem są nudności, wymioty, biegunka, sinica, arytmia serca, splątanie i omamy. Objawy przewlekłego zatrucia arszenikiem są mniej specyficzne. Należą do nich depresja, drętwienie, zaburzenia snu i bóle głowy.
skutki zdrowotne związane z arsenem zwykle nie są ostre, ale obejmują głównie raka, głównie raka skóry. Arsen może powodować niską masę urodzeniową i samoistne poronienie.
arsen w wodzie pitnej jest kwestią o znaczeniu globalnym, dlatego limit prawny został obniżony do 10 µg/L. ten limit prawny nie jest spełniony w krajach takich jak Wietnam I Bangladesz, gdzie miliony ludzi spożywają wodę pitną o zawartości arsenu powyżej 50 µg/L. Problem ten skutkuje długotrwałymi przewlekłymi skutkami zdrowotnymi, takimi jak choroby skóry, rak skóry i nowotwory płuc, pęcherza moczowego, nerek i wątroby.
Przeczytaj więcej o problemie arsenu w Bangladeszu na naszej stronie katastrofy ekologiczne
jakie technologie oczyszczania wody można zastosować do usuwania arsenu z wody?
usuwanie arsenu z wody można przeprowadzić na różne sposoby. Opcje obejmują wymianę jonową, filtrację membranową oraz koagulację żelaza i aluminium. Woda pitna zawiera głównie arsen nieorganiczny (arsenid lub arsenian), dlatego wystarczy określić całkowite stężenie arsenu. Rozróżnienie pomiędzy różnymi rodzajami arsenu jest nieistotne.
usuwanie arsenu z gleb można osiągnąć stosując paprocie, które bioakumulują duże stężenia arsenu.
literatura i inne elementy oraz ich oddziaływanie z wodą